添加鉬可以顯著影響FeCrCoNiMoₓ高熵合金的顯微組織、硬度、耐蝕性能以及力學性能，具體表現為增加合金硬度、提高耐腐蝕性和改善力學性能。這些變化使得FeCrCoNiMoₓ高熵合金在極端環境下的應用更為廣泛和可靠。本期，借助材料設計的分享，共同領略摻鉬的FeCoCrNi高熵合金（HEA）如何成為在這種極端環境中使用的候選材料。

▲論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2024.104142

3D科學谷洞察
Mo的添加對高熵合金的影響

1. 顯微組織與力學性能變化：隨著Mo含量的增加，FeCrCoNiMox高熵合金的顯微組織由單相FCC中心立方固溶體組織可能逐漸轉變為FCC+σ相和FCC+σ+μ相，這種組織的變化影響了合金的硬度，提升了屈服強度、抗拉強度和伸長率等力學性能。

2. 腐蝕行為：Mo含量對FeCoCrNiMox高熵合金的組織和腐蝕行為有顯著影響。在FeCoCrNiMo0.3合金中形成沉淀，在FeCoCrNiMo0.6合金中增加。Cr2O3/Cr(OH)3的高比率和Mo氧化物的摻入使鈍化膜更具保護性，從而提高了FeCoCrNiMo0.1合金的耐腐蝕性

3. 析氫反應性能：鉬含量和熱處理對FeCoCrNiMox高熵合金析氫反應性能和顯微組織有影響。隨著Mo含量的增加，顯微組織由FCC相轉變為FCC+σ相，最后可能轉變為FCC+σ+μ相。FeCoCrNiMo HEA具有優異的催化性能，可以通過固溶和時效處理進一步改進。

4. 耐蝕性能：Mo含量對CoCrFeNiMo高熵合金組織及耐蝕性能有影響。隨著Mo元素含量增加，合金腐蝕電位逐漸提高，極化電流不斷減小，鈍化區明顯增大，表明Mo的增加提高了合金的耐蝕性能。”

 強度-延展性協同效應的根源

結構金屬在極端環境中的應用需要具有優異力學性能的材料。摻鉬的FeCoCrNi高熵合金（HEA）已成為在這種極端環境中使用的候選材料。

來自哈爾濱工業大以及韓國、瑞典等研究機構的合作研究表明通過對激光粉末床熔融（L-PBF）增材制造不同鉬含量（x=0、0.1、0.3和0.5）的FeCrCoNiMoₓ高熵合金的高溫性能進行研究。在室溫和600°C下對力學性能進行評估，并使用掃描電子顯微鏡、電子背散射衍射、能量色散X射線光譜和透射電子顯微鏡對微觀結構進行了表征。

結果表明內在位錯、固溶強化、納米沉淀和孿晶效應共同調節了樣品的塑性變形行為。結合第一性原理計算和分子動力學模擬對高溫力學性能進行了全面分析，以揭示實驗中觀察到的FeCoCrNiMo₀.₃強度-延展性協同效應的根源。

本項工作對FeCrCoNiMoₓ高熵合金具有重要意義，并拓展了我們對增材制造高熵合金優異力學性能的結構起源的理解。

相關成果以“Multiscale plastic deformation in additively manufactured FeCoCrNiMox high-entropy alloys to achieve strength–ductility synergy at elevated temperatures”為題刊登在International Journal of Plasticity上。

【創新點】

• 通過L-PBF制備無缺陷的FeNiCrCoMoₓ高熵合金。
• 摻鉬HEA呈現出多尺度強化機制。
• 鉬在25°C時降低堆垛層錯能，促進孿晶形成。
• 在600°C時，孿晶僅在FeNiCrCoMo₀.₃和FeNiCrCoMo₀.₅中存在。
• 添加7-11at%（原子百分比）的鉬有助于在600°C時實現強度-延展性協同。

【數據概況】

圖1. L-PBF增材制造程序和制備的拉伸測試樣品。

圖2. L-PBF增材制造FeCrCoNiMoₓ HEA的拉伸性能。（x=0、0.1、0.3和0.5）

圖3. FeCrCoNiMoₓ樣品的典型微觀結構。

圖4. FeCrCoNiMoₓ樣品在室溫（25℃）拉伸試驗下頸縮后變形階段的變形微觀結構演變。明場和暗場TEM圖像揭示了FeCoCrNiMoₓ HEA 的不同孿晶效應：（a）Mo0、（b）Mo1、（c）Mo3和（d）Mo5。

圖5. FeCrCoNiMoₓ樣品在600℃拉伸變形后，頸縮斷裂狀態下的變形微觀結構演變：（a）Mo0、（b）Mo1、（c）Mo3和（d）Mo5。

圖6. （a）Mo3和（b）Mo5樣品在25°C下拉伸變形后的頸縮斷裂形態。

【結論展望】

本項研究系統地研究了通過激光粉末床熔融（L-PBF）增材制造的、不同鉬含量的FeCrCoNiMoₓ HEA在室溫和高溫（分別為25℃和600℃）下的力學性能。并進行了包括掃描電子顯微鏡（SEM）、電子背散射衍射（EBSD）、透射電子顯微鏡（TEM）和定量模擬在內的多尺度分析，以評估微觀結構演變和拉伸變形，并闡明其潛在機制。相關結論如下：

1. L – PBF工藝處理的FeCrCoNiMoₓ試樣基體近無缺陷，有明顯位錯胞圖案。添加鉬（2.44、6.98和11.11at%）后，σ相沉淀增加，位錯胞壁更清晰。

2. 結合計算、模擬和TEM觀察，FeNiCrCoMoₓ高熵合金SFE隨鉬增而降、高溫升高。室溫下所有樣品易孿晶，600°C時僅含特定鉬量（可能x=0.3）樣品有孿晶。

3. 向FeCoCrNi基體加鉬促進固溶和沉淀強化。利用L-PBF特性引入適量鉬（7-11at%）實現微觀結構精確控制，調控多種強化機制。FeCrCoNiMoₓ（x=0.3-0.5）室溫成型性改善、高溫強度-延展性協同增強，YS、UTS和均勻伸長率分別達580MPa、800MPa和20%。

本研究展示了FCC結構FeCrCoNiMoₓ高熵合金加工、微觀結構和力學性能關系。多尺度研究促進對摻鉬高熵合金變形機制理解，基于關鍵微觀結構特征，驗證L-PBF調控強化機制可行性。傳統方法無法捕捉高溫微觀結構和孿晶過程，通過計算和模擬揭示，結合實驗與模擬全面分析塑性變形機制，本項工作為新材料開發提供了見解，并證明其在科學和工程領域的價值。

來源
材料設計 l

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